- •Оглавление
- •1. Основные определения
- •1.1. Основные пояснения и термины
- •1.2. Пассивные элементы схемы замещения
- •1.3. Активные элементы схемы замещения
- •1.4. Основные определения, относящиеся к схемам
- •1.5. Режимы работы электрических цепей
- •1.6. Основные законы электрических цепей
- •2. Эквивалентные преобразования схем
- •2.1. Последовательное соединение элементов электрических цепей
- •2.2. Параллельное соединение элементов электрических цепей
- •2.3.Преобразование треугольника сопротивлений в эквивалентную звезду
- •2.4.Преобразование звезды сопротивлений в эквивалентный треугольник
- •3. Анализ электрических цепей постоянного тока с одним источником энергии
- •3.1. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом свертывания
- •3.2. Расчет электрических цепей постоянного тока с одним источником методом подобия или методом пропорциональных величин
- •4. Анализ сложных электрических цепей с несколькими источниками энергии
- •4.1. Метод непосредственного применения законов Кирхгофа
- •4.2. Метод контурных токов
- •Порядок расчета
- •Рекомендации
- •4.3. Метод узловых потенциалов
- •4.4. Метод двух узлов
- •4.5. Метод эквивалентного генератора
- •5. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
- •5.1. Основные определения
- •5.2. Графический метод расчета нелинейных цепей постоянного тока
- •6. Электрические цепи однофазного переменного тока
- •6.1. Основные определения
- •6.2. Изображения синусоидальных функций времени в векторной форме
- •6.3. Изображение синусоидальных функций времени в комплексной форме
- •6.4. Сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.5. Индуктивная катушка в цепи синусоидального тока
- •6.6. Емкость в цепи синусоидального тока
- •6.7. Последовательно соединенные реальная индуктивная катушка и конденсатор в цепи синусоидального тока
- •6.8. Параллельно соединенные индуктивность, емкость и активное сопротивление в цепи синусоидального тока
- •6.9. Резонансный режим в цепи, состоящей из параллельно включенных реальной индуктивной катушки и конденсатора
- •6.10. Мощность в цепи синусоидального тока
- •6.11. Баланс мощностей
- •6.12. Согласованный режим работы электрической цепи. Согласование нагрузки с источником
- •7. Трёхфазные цепи
- •7.1. Основные определения
- •7.2. Соединение в звезду. Схема, определения
- •7.3. Соединение в треугольник. Схема, определения
- •7.4. Расчет трехфазной цепи, соединенной звездой
- •7.5. Мощность в трехфазных цепях
- •8. Переходные процессы в линейных электрических цепях
- •8.1. Общая характеристика переходных процессов
- •8.2. Переходные процессы в цепях с одним реактивным элементом
- •9. Несинусоидальные периодические токи.
- •10. Электроника. Введение.
- •10.1. Полупроводниковые материалы.
- •10.2 Полупроводниковые диоды.
- •10.3. Биполярный транзистор
- •10.4. Полевые транзисторы.
- •10.5. Тиристоры.
- •11. Усилители электрических сигналов
- •11.1. Общие сведения, классификация и основные характеристики усилителя. Типовые функциональные каскады полупроводникового усилителя.
- •11.2. Анализ работы транзисторного усилителя. Понятие о классах усиления усилительных каскадов.
- •11.3. Температурная стабилизация режимов в транзисторных усилителях. Особенности работы усилителя на полевом транзисторе.
- •11.4. Избирательные усилители. Усилители мощности. Усилители постоянного тока.
- •11.5. Анализ дифференциального усилителя.
- •11.6. Операционный усилитель (оу). Схемы стабилизации и повышения входного сопротивления оу.
- •12. Источники вторичного электропитания
- •12.1. Классификация, состав и основные параметры.
- •12.2. Показатели выпрямителей однофазного тока.
- •12.3. Трехфазные выпрямители. Внешние характеристики выпрямителей.
- •12.4. Принцип работы выпрямителей на тиристорах.
- •12.5. Сглаживающие фильтры и оценка эффективности их работы.
- •12.6. Компенсационные стабилизаторы напряжения и преобразователи постоянного тока в переменный.
- •13. Основы цифровой электронной техники
- •13.1. Анализ логических устройств.
- •13.2. Логические операции и способы их аппаратурной реализации.
- •13.3. Сведения об интегральных логических микросхемах.
- •13.4. Схемотехнические и конструктивно-технологические особенности логических микросхем различных серий.
- •13.5. Принципы функционирования цифровых устройств комбинационной логики.
12.5. Сглаживающие фильтры и оценка эффективности их работы.
Большинство потребителей постоянного тока критично к пульсации питающего напряжения. Хорошее качество выпрямленного напряжения может быть обеспечено максимальным снижением коэффициента пульсации. Для этой цели используют сглаживающие фильтры, простейшими вариантами которых являются емкостный, индуктивный и индуктивно-емкостный фильтры.
Эффективность сглаживающих фильтров оценивается по значению коэффициента сглаживания Sk [см. (12.2)]. Даже для фильтров простейших типов Sk=10...100 и более. При использовании сложных многозвеньевых емкостных фильтров значение Skможет достигать многих тысяч.
Емкостный сглаживающий фильтрпредставляет собой конденсатор Сф, включаемый в схему выпрямителя параллельно нагрузке Rн(рис. 12.10, а). На рис. 12.10, б показаны графики изменения выпрямленного напряжения питанияu(t) на выходе мостовой схемы выпрямления при отсутствии фильтра (пунктир) и напряжений на конденсаторе uC(t) и нагрузке uн(t). Так как конденсатор подключен параллельно нагрузке, то
Принцип работы емкостного фильтра состоит в следующем. В начальном интервале времени ∆t1=t2-t1(рис. 12.10, б) происходит зарядка конденсатора, так как с моментаt1напряжение питанияu(t1) становится равным напряжению на конденсатореuC(t1) и далее повышается по синусоидальному закону. При этом через соответствующие диоды выпрямителя (VD1,VD3 илиVD2,VD4) протекает токiД(t), обеспечивающий питание нагрузкиRн, и зарядку конденсатора Сф.
Рис. 12.10. Схема двухполупериодного выпрямителя с емкостным сглаживающим фильтром (а) и временная диаграмма ее работы (б)
В следующем интервале времени ∆t2=t3-t2напряжение на конденсатореuC(t2)>u(t2), а потому наблюдается разрядка конденсатора Сфна резисторRн, что препятствует снижению напряжения на нагрузке до нулевого значения, как это имеет место при отсутствии фильтра Сф. В рассматриваемом интервале ток через диоды выпрямляющей схемы не протекает и токiннагрузки обеспечивается энергией, накопленной в конденсаторе Сфза времяt1.
В последующие интервалы времени (∆t3=t4-t3, ∆t4=t5-t4и т. д.) наблюдаются соответственно процессы, аналогичные описанным.
Эффективная работа емкостного фильтра обеспечивается при выполнении условия
Тогда расчетная емкость фильтра
(12.12)
В маломощных цепях (Rнвелико) условие (12.12) можно выполнить при относительно приемлемых значениях Сф. Для мощных цепей (Rнмало) емкостные фильтры малоэффективны.
Индуктивный сглаживающий фильтрпредставляет собой индуктивную катушку (дроссель) Lф, включаемую в схему выпрямителя последовательно с нагрузочным резистором Rн, (рис. 12.11, а). Временная диаграмма работы фильтра показана на рис. 12.11, б. В течение каждого полупериода Т/2 одновременно с повышением выпрямленного напряжения питания u(t) наблюдается соответствующий рост тока нагрузки iн, связанный с накоплением энергии магнитного поля в дросселе Lф. Расход указанной энергии при снижении напряженияu(t) и обеспечивает (как показано штриховкой) сглаживание пульсаций на нагрузке.
Рис. 12.11. Схема двухполупериодного выпрямителя с индуктивным сглаживающим фильтром (а) и временная диаграмма ее работы (б)
Эффективной работы индуктивного фильтра добиваются, выполняя условие
(12.13)
Нетрудно заметить, что реализация условия (12.13) для основной гармоники обеспечивает более полное выполнение этого условия для высших гармоник, имеющих большие угловые частоты
где k= 1, 2,... — номер гармоники. Таким образом, индуктивный фильтрLф, обладая для основной и высших гармоник существенно большим реактивным сопротивлением, чемRн, подавляет указанные гармоники тока, и они не создают падения напряжения на нагрузочном резистореRн. В то же время для постоянной составляющей выпрямленного тока дроссель представляет ничтожно малое сопротивление, а потому на нагрузке получают постоянное напряжение без заметных его потерь.
Вновь обращаясь к выражению (12.13), получают формулу для расчета индуктивных фильтров:
(12.14)
Условие (12.14) свидетельствует об эффективности индуктивных фильтров в мощных цепях, т. е. при малых значениях Rн. На практике более эффективны комбинированные индуктивно-емкостные (Г-образные) фильтры.